薄膜电池的春天

　　最近，光伏产业正经历着前所未有的跌宕。原本一路“绿灯”畅行无阻，却由于金融危机的阻隔，产业进行着大洗牌。此时，薄膜太阳能电池厂商却依仗自身优势，纷纷破土动工，试图建立新的市场格局。2009年光伏产业的一个显著特点是薄膜太阳能电池生产线不断增加。

　　由于原材料短缺，在单晶硅和多晶硅太阳能电池的发展速度受到限制的情况下，新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。2008年薄膜太阳能电池的市场占有率已达到15%～20%。乐观人士估计，随着薄膜技术越来越成熟，在未来的市场份额中将大比例提升。行业分析公司Nano Markets预测，薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26GW，销售额将超过200亿美元，太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池。

国内建设升温

    在刚刚结束不久的上海新国际展览中心举行的“Solarcon China 2009”的展示中可以明确感受到中国薄膜太阳能电池建设方面持续升温的热度。

    百事德太阳能科技有限公司（Best Solar）、浙江正泰太阳能科技有限公司（Chint Solar）、保定天威薄膜光伏有限公司（TianWei Solar Film）以及无锡尚德太阳能电力有限公司（Sun tech）等企业纷纷展示了薄膜太阳能电池样品并公布了今后的生产计划。

    由于2008年江西赛维LDK董事长彭小峰以半数身家“豪赌”，投资20亿美元于百世德，这家招聘广告中号称拥有“目前世界最大的在建薄膜太阳能电池技术研发及产业化项目之一”的公司颇为引人注目。其采用应用材料公司的设备，并宣布将启动2GW薄膜太阳能电池生产线，计划于2009年第三季度启动南昌生产线，苏州生产线也将在年内启动。2009年底2工厂的合计产能将达到260MWp。至2010年，该公司计划到将产能扩大至700MWp。

    浙江正泰也是国内薄膜生产商中的明星之一。2月初，该公司第二代薄膜太阳能电池产品正式下线，目前第一条30MWp薄膜生产线产能达到65%。该公司董事长杨立友表示，接下来要进行产业链的扩张，力争2010年达到300MWp以上的产能。其采用从欧瑞康公司的生产线试制产品，电池采用串联结构，转换效率达9％。

    天威薄膜同样采用欧瑞康设备生产线，并将于2009年8月开始量产。2009年底产能（1期）将达50MWp。该公司已制定出前3期计划，将来预定扩大至500MW。目前该公司产品的转换效率为6.6％。

    无锡尚德展示的薄膜太阳能电池是以前推出的MSK生产的产品，不过该公司目前正在上海建立薄膜太阳能电池生产线，预定从2009年下半年开始量产。该公司亦采用应用材料公司的50MW设备生产线，2009年底产能将达10MW。

    除此之外，向这些企业提供薄膜设备“交钥匙”工程的欧瑞康（Oerlikon）和应用材料（Applied Materials）等公司也计划进军中国市场，目前正在为获取客户而积极努力。应用材料的展区内展示了该公司在中国的首个客户——新奥光伏能源（ENN Solar）的样品。该样品采用串联型结构，转换效率为8％。新奥光伏总经理万克家在同期举办的第五届太阳能级硅材料及光伏发电研讨会上表示，新奥将采用应用材料的设备生产线开始量产。目前，应用材料已接到新奥光伏、无锡尚德以及百事德3家公司的订单，今后将继续积极开拓中国市场。欧瑞康也亮出看好中国市场的姿态，目前已在中国接到2家公司的订单，即此次在Solarcon会场展出的浙江正泰和天威薄膜。该公司已接到全球10家客户的订单。

    据悉，在生产线技术方面依关键的PECVD沉积系统分类，可以划分出以下5种设备模式：单室多片PECVD沉积系统(以EPV、Buda Solar为代表)、串联线列式多室单片PECVD沉积系统(日本真空)、并联线列式多室单片PECVD沉积系统(莱宝真空)、团簇式多室单片PECVD沉积系统(应用材料公司)、单多片混合型PECVD沉积系统(欧瑞康公司)。除上述提到的应用材料和欧瑞康公司之外，日本真空、莱宝公司等也发展了若干中国客户。中国正逐步成为薄膜太阳能电池生产的大型实验工厂。

薄膜VS晶硅

    尽管薄膜市场近期异常活跃，但不得不承认，普遍来看，其技术成熟度及产业化应用均位居晶硅电池之后。长期来说，晶硅电池与薄膜电池属于竞争关系。由于各自在技术上存在优缺点，薄膜太阳能电池与晶体硅电池在市场上还将长期共存。

    与晶硅电池相比，薄膜太阳能电池有一些明显的优势。

    薄膜太阳能电池成本低于晶硅电池。晶硅电池的成本基本上是薄膜电池的2倍，但薄膜电池的售价仅比晶硅电池便宜30%，薄膜太阳能电池具有较大的利润空间。薄膜太阳能电池衬底采用的是低廉的玻璃或不锈钢材料，在原材料方面也具有相当的优势。在发达国家薄膜电池的平均成本约2～3美元/Wp，而晶体硅光伏电池则为3～4美元/Wp。在劳动力成本较低的国家比如中国，薄膜的成本可降至1.3美元/Wp。从应用角度讲，在光伏电站等需要大量产生电能的应用领域，薄膜太阳能电池更有成本优势。

    光伏建筑一体化的应用(即与建筑相结合的光伏发电)也是薄膜电池的一个重要优势。光电建筑是指将太阳能模板作为建筑材料直接应用到建筑设计中，为建筑提供电力。在土地价格昂贵的地区，光伏建筑一体化是解决土地成本过高和整合发电运送的最佳方案。其可节省太阳能电池支撑结构，并可替代屋顶、墙面、窗户等建材，节省部分太阳能电池安装成本，有效利用建筑物的表面积，降低建筑物外表温度。欧洲，特别是德国，已经通过“百万屋顶计划”使建筑业开始使用薄膜太阳能电池。我国财政部和住宅部建设部刚刚出台的“中国屋顶计划”也为中国应用薄膜太阳能电池打开了一项通道。这必将成为未来一个新的趋势。既能发电，又可降低二氧化碳的排放量的薄膜太阳能电池具有很大的潜力。

    另外，晶体硅吸收长波长的太阳光能，因此在阴雨天难以工作；并且，在高温环境下，晶体硅电池的转换效率随着温度的升高将大幅度下降，而薄膜太阳能电池的转换效率受温度变化的影响要小得多。相比之下，薄膜太阳能电池对光能的收获率更高。

    不过，薄膜电池的劣势也是众所周知的。光电转换效率远低于晶体硅光伏电池是其致命的缺陷。在上海的光伏研讨会上，著名的德国弗莱堡夫琅和费太阳能系统研究所所长Eicke R Weber公布的最新数据：一般商业化的薄膜太阳能电池光电转化率在6％～11％，而晶硅电池则可以做到14％～18％。因此在同等功率的前提下，薄膜电池板的需要消耗的土地面积要比晶体硅光伏板大很多。对于土地价格不断高企的今天，这个问题不可忽略。

    另一个问题是非晶硅薄膜电池的生产设备价格昂贵。由于硅薄膜太阳能电池的生产设备和工艺是一体的，制造设备必须在研究材料和工艺的基础上才能实现，从而导致硅薄膜太阳能电池设备昂贵。目前，国外几大非晶硅设备供应商提供的设备购置费比晶硅太阳能电池生产设备高至少3倍以上，以25MWp的非晶硅太阳能电池生产线为例，设备投资额7000万～9000万美元，其设备费用约占薄膜太阳能电池制造成本的20%～30%。因此，大部分的利润被上游设备商分食。不仅如此，薄膜技术的快速进步使生产设备的更新换代非常快，电池厂家难以适应不断变化的技术和市场。而CdTe薄膜电池的生产工艺基本上是被First Solar一家垄断，其它公司和研究机构才刚刚起步。这些都为更多企业的进入设置了门槛。

发展前景可期

    技术的发展即使暂有缺陷也阻挡不住商业化的滚滚洪流。第一轮薄膜太阳能电池研究热潮出现在20世纪80年代，但由于光电转换效率低、光致衰退率较高等问题，该技术并未大面积铺开，市场占有率很低。近年来，硅材料的短缺又掀起薄膜的第二次热潮。除福建钧石能源、天津津能、蚌埠普乐、安泰科技、百世德太阳能（BEST SOLAR）、浙江正泰、新奥光伏、天威薄膜等企业纷纷在国内投资建厂之外，风险投资商也非常看好薄膜电池的发展前景。相当一部分投资人认为继太阳能组件热、多晶硅热之后，薄膜电池将成为国内光伏领域新的投资热点。

    集富创业投资（香港）有限公司董事朱建寰认为，薄膜应用较之晶硅有很多明显的优势，与晶硅电池相比，薄膜电池的成本下降潜力要大得多，并且有很多应用上的优势。例如，薄膜电池可以做成柔性组件以及可接受漫散射光，对于日光资源并不丰富的地区十分有利。不过，也有投资者对薄膜电池存在顾虑，汇丰创业投资亚洲有限公司董事兼中国代表处首席代表梁英杰表示，采用购置国外厂商整体设备的方式使得薄膜电池固定成本过高，投资对于周期的敏感性更强。因此，重金购买设备以求技术上的领先不一定就能胜算。

    各投资商对国内企业自主研发设备及生产抱有很大热情，称如果国内的薄膜厂商如果能够用新技术大幅提升薄膜电池光电转化效率，或采用自主研发的设备，取得国内供应商的地位并得到优势客户的认可，风险投资将会紧密注视。不过，做到这一点，对于国内设备厂商来说，还需要跨越相当大的鸿沟。

    继美国公司First Solar之后，越来越多的公司寄望通过自身的技术改良，设备国产化等方面的创新进一步降低成本，薄膜电池技术将有望成为第一个达到电网等价点的太阳能技术。近年来，薄膜太阳能电池产业已经取得较大进步。有专家乐观估计，薄膜太阳能电池在未来的市场份额中还将有大比例提升，将有可能与晶体硅电池一较高下。寒冬之后，薄膜电池的春天可能就会到来。

    薄膜太阳能电池主要分为3大类：硅薄膜类（Silicon Thin Film Based）、化合物半导体（compound）及新技术新材料类。硅薄膜类主要包括非晶硅、微晶硅、低温多晶硅3个子类；化合物半导体常见的有铜铟硒（CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、硫化镉（CdS）、碲化镉（CdTe）等；新技术新材料薄膜太阳能电池包括有机系、纳米技术以及球状硅等。目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS)、碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)。这3种薄膜电池目前在世界范围内都有厂家在规模化生产。NanoMarkets预测，在未来薄膜电池市场中非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三种电池将分别占到薄膜光伏市场的60%、20%和20%。

    目前，从技术上讲，最为成熟的薄膜太阳能电池当属硅基薄膜太阳能电池，包括非晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅/微晶硅双叠层薄膜太阳能电池。硅基薄膜电池领域在世界范围内出现了投资热潮。研究机构目前已经描绘了五代硅基薄膜太阳能电池工艺技术：第一代非晶硅单结薄膜太阳能电池、第二代非晶硅/非晶硅双结薄膜太阳能电池、第三代非晶硅/微晶硅双结薄膜太阳能电池、第四代非晶硅/非晶硅锗双结或三结薄膜太阳能电池、第五代非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结薄膜太阳能电池。目前在产业化领域中的主要技术仍旧是前两者，但是第三代硅基薄膜太阳能电池将在2009年或2010年投入大规模生产，届时第一代和第二代技术将退出产业界。然而，硅级太阳能电池的缺点是产业化光电转化率仅5%～9%。

    CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池接近的效率，目前已经达到10%～12%，并具有低成本和高稳定性的优势。到目前为止，虽然有30多家公司置身于CIGS产业，真正进入市场开发的公司只有德国的Wuerth(伍尔特)Sur／lfulcell，美国的Global Solar Energy，日本的Honda(本田)、Showa Solar Shell等。中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国家和地区，2008年2月，山东孚日光伏科技有限公司宣布与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条CIGSSe(铜铟镓硫硒化合物)商业化生产线，年产能60MWp，预计2009年第三季度投产。2006年安泰科技与德国ODERSUN公司签署合资协议，在德国开始建立第一条5MWp级CIS薄膜太阳电池生产线，随后的2008年30MWp CIS生产线已经开工建设。2010年，该公司计划将另一条生产线放在北京。但CIGS、CIS电池原材料铟储量有限，另外电池结构中部分材料有毒等均会在今后的商业化过程中存在隐患。

    CdTe薄膜太阳能电池水平以美国最高，第一大太阳能公司(First Solar)是全球最大的碲化镉太阳能电池制造商。2008年第四季度，First Solar宣布其平均生产成本达到0.98美元/Wp,成为首家低于每瓦1美元的太阳能厂商。First Solar公布的2008年产能达到500MWp，预计2009年翻番至1GWp，达到了一般核电厂的规模。中国国内，目前在“十一五”863计划的支持下，四川大学和无锡尚德公司合作，正在开发兆瓦级生产线。据semi公布的信息，目前商业化的CdTe电池的转化率在8.5％～10.5％左右。